Los físicos cuánticos de la Universidad Tecnológica de Delft han demostrado que es posible controlar y manipular ondas de espín en un chip utilizando superconductores por primera vez. Estas pequeñas ondas en los imanes pueden ofrecer en el futuro una alternativa a la electrónica, interesante para la tecnología de la información energéticamente eficiente o para conectar piezas en una computadora cuántica, por ejemplo. El avance, publicado en Cienciaofrece principalmente a los físicos nuevos conocimientos sobre la interacción entre imanes y superconductores.
Sustituto energéticamente eficiente
«Las ondas de espín son ondas en un material magnético que podemos utilizar para transmitir información», explica Michael Borst, quien dirigió el experimento. «Debido a que las ondas de espín pueden ser un componente prometedor para un reemplazo energéticamente eficiente de la electrónica, los científicos han estado buscando una forma eficiente de controlar y manipular las ondas de espín durante años».
La teoría predice que los electrodos metálicos dan control sobre las ondas de espín, pero hasta ahora los físicos apenas han visto tales efectos en los experimentos. «El gran avance de nuestro equipo de investigación es que demostramos que podemos controlar adecuadamente las ondas de espín si utilizamos un electrodo superconductor», afirma Toeno van der Sar, profesor asociado del Departamento de Nanociencia Cuántica.
espejo superconductor
Funciona de la siguiente manera: una onda de espín genera un campo magnético que a su vez genera una supercorriente en el superconductor. Esa supercorriente actúa como un espejo para la onda de espín: el electrodo superconductor refleja el campo magnético de regreso a la onda de espín. El espejo superconductor hace que las ondas de giro se muevan hacia arriba y hacia abajo más lentamente, lo que hace que las ondas sean fácilmente controlables. Borst: «Cuando las ondas de espín pasan por debajo del electrodo superconductor, resulta que su longitud de onda cambia por completo. Y variando ligeramente la temperatura del electrodo, podemos ajustar la magnitud del cambio con mucha precisión».
«Comenzamos con una fina capa magnética de granate de itrio y hierro (YIG), conocido como el mejor imán de la Tierra. Encima colocamos un electrodo superconductor y otro electrodo para inducir las ondas de espín. Al enfriar a -268 grados, llevó el electrodo a un estado superconductor», dice Van der Sar. «Fue sorprendente ver que las ondas de espín se hacían cada vez más lentas a medida que se enfriaba. Eso nos da un control único para manipular las ondas de espín; podemos desviarlas, reflejarlas, hacerlas resonar y más. Pero también nos da tremendos conocimientos nuevos sobre las propiedades de los superconductores».
Sensor único
Los investigadores tomaron imágenes de las ondas de espín midiendo su campo magnético con un sensor único, algo que fue esencial para el experimento. Van der Sar: «Utilizamos electrones del diamante como sensores para los campos magnéticos de las ondas de espín. Nuestro laboratorio es pionero en esta técnica. Lo interesante es que podemos observar a través de el superconductor opaco en las ondas de giro que se encuentran debajo, al igual que un escáner de resonancia magnética puede mirar el cuerpo de una persona a través de la piel».
Nuevos circuitos
«La tecnología de las ondas de espín está todavía en sus inicios», afirma Borst. «Por ejemplo, para fabricar ordenadores energéticamente eficientes con esta tecnología, primero tenemos que empezar a construir pequeños circuitos para realizar cálculos. Nuestro descubrimiento abre una puerta: los electrodos superconductores permiten innumerables circuitos de ondas de espín nuevos y energéticamente eficientes».
«Ahora podemos diseñar dispositivos basados en ondas de espín y superconductores que producen pocas ondas de calor y sonido», añade Van der Sar. «Piense en la versión espintrónica de los filtros de frecuencia o resonadores, componentes que se pueden encontrar en los circuitos electrónicos de los teléfonos móviles, por ejemplo. O circuitos que pueden servir como transistores o conectores entre qubits en una computadora cuántica».
